工程测量中地面三维激光扫描技术

工程测量中地面三维激光扫描技术

张洋

中国能源建设集团辽宁电力勘测设计院有限公司

摘要：为提升工程测量效率与质量，让工程项目可以有序实施。本文以地面三维激光扫描技术为例，首先阐述该技术组成与应用原理，其次分析三维扫描激光技术应用要点。希望在本文探讨后，可以给相关工作人员提供一些参考。

关键词：工程测量；三维激光；扫描技术

引言

目前，随着三维激光扫描技术的不断完善，该技术在各工作领域的应用力度也越来越大。在建筑工程的测量中，该技术首先通过点云配准获得建筑模型，而后对建筑屋顶实施模型构建。在城市基础设施建设工作不断推进的新形势下，三维激光扫描技术的实际应用成效越来越明显，应用范围也不断加大，不但促进了工程项目施工质量与效率的提高，而且能达到节约施工成本加快施工进度的目的。

1激光扫描技术的基本原理

1.1激光扫描技术的组成

硬件与软件系统是激光扫描技术的重要组成部分。硬件部分主要由光源、控制、电源管理及存储等模块构成，而软件是在以上各构件组成的前提上进行设计与合成形成的比较完整的软件系统。激光器部分则由激光器和许多光学元器件组合而成。控制程序与步进电机驱动仪器和部份电路则是控制模块的主要构成部分。电源管理模块主要包含工作电压、电流及相应元件。激光源与光电转换设备等则属于硬件部分。计算机与相应软件则归属于软件平台部分。软硬件通过合理组合形成一个完整的系统，工作中不但能相互联系而且能互相配合，其中软件系统又分成数据、图像及显示控制等系统，激光扫描系统的信息传输、分析处理及呈现等工作则由上述系统完成。

1.2激光扫描技术的数据及图像拼接

原始点云的预处理及滤波去噪主要由数据处理模块完成。具体工作中应根据实际情况的不同采用相应的控制策略。例如原始点云的初步降噪则可采用完善后的阈值分割法来完成；边缘检测法则比较适用于噪声滤除。每种方法的具体应用都存在一定的优点与不足，主要是因为过程中涉及学科范围较广，为此实际工作中应采用多种方法相结合的方式来对问题进行处理。在图像的拼接部分，第一步对图像匹配算法进行了简单阐述，然后举出了相应的实例，而后进行了由于特征点位置关系达到多目标配准的实际方法。结合现有的实践经验与当前研究形势，提出了相应的建议，并对后期工作内容进行了简单的介绍，具体可分为以下几点；

（1）采用几何约束的方式来对同名像点间距离进行计算；根据计算结果并结合像素点领域的相关信息进行改进SIFT算子的构造，以此来实现高效、快速并准确的获取多幅待配准图像之间相应特点的目的。最后采用仿真实验的方式来对该方法实施验证，确保匹配结果的准确性。

（2）利用局部线性插值法开展边缘拟合。对于亚像素定位而言，局部线性插值法是当前应用效果较好的方法，因此，得到了极为广泛应用。但是实践中，该方法还是存在一定的不足，比如定位精准度不高，运算效率低等。把该方法的实际应用与其他较为常用的算法相比较，而后对局部线性插值法进行重点分析，在最后将该方法应用与云数据预处理工作中，最终结果较为良好，在实际工作中具有实用意义。

2地面三维激光扫描系统设计

2.1地面三维激光扫描系统设计要求

硬件设备配置、数据处理软件与系统软件模块三大部分是地激光扫描系统的主要构成。一般情况下，硬件设备配置要根据项目需求来明确，软件系统模块主要由图像采集处理子系统与数据通讯控制器形成。整个系统需要应用到的外部信息主要由图像采集处理子系统来提供；数据通讯管理器主要起到数据传输的作用。系统软件模块具体包含图像处理、定位分析处理及坐标计算等程序，上述程序是系统软件的主要功能模块。图像处理程序又可分为数据获取、点云分割、滤波预处理及曲面重建等子程序；定位分析处理程序主要由点云外方位元素提取、点云中目标物检测两个子程序组成。GPS定位系统处理程序、几何精纠正程序包、高程拟合程序包等三大功能模块是数据处理软件的主要构成部分，而且还具有相关的接口程序用于备用；接着对整个软件系统实施测试，根据测试数据分析可知该系统运行情况较为稳定而且可靠。

2.2系统整体架构

硬件、软件平台、网络传输及用户应用等四个层次是地面三维激光扫描技术系统的主要架构。网络通讯部分主要由服务器和客户端组合而成，数据采集处理以及地图管理主要由服务器端承担。在无线网络的支持下，客户端能实现数据信息传输的实时性，而且可以利用Web Service服务向服务器发送请求或访问需求。文中重点对系统的整体框架设计与每个功能模块的划分进行了剖析；然后对每个子系统的设计方案进行了介绍；另外，针对系统中的要点进行分析研究，而后对系统软件的组合方案进行确定；在文章最后做了总结。软件部分包含了数据处理、数据组织及存储地图显示等三大模块；数据处理模块又可分成坐标变换、点云配准以及滤波降噪等工作内容；最后进行系统测试，同时并提出相应的建议以供参考。

3地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用

现阶段在工程测绘的实际工作中，三维激光扫描技术的应用力度较大。当前，随着科学技术水平的持续提升，

三维激光扫描技术逐渐被应用于各行各业中，并且取得了较为良好的应用成效。特别是在建筑项目的构建过程中，应用频率非常高。在实践中可知，该技术具备适应性强、成本投入低廉，测绘速度快且精准度高等优势，从目前的发展形势来看，三维激光扫描技术已经成为目前为止空间定位与数据获取最好的方法。同时，在该技术合理应用基础上，数字化地形图能快速形成，并且具备精准度高，自动化程度高等优点。从而越来越受到大家的关注。目前在三维激光扫描技术具体运用过程当中，可以实现定位和计算两方面的目标，操作人员只需要将相应的仪器安装在固定的区域，便可对整个空间完成具体的扫描和测量，在现阶段实际工程管理工作开展过程当中，激光扫描技术会运用在地面激光扫描和空中激光扫描两方面当中，可以实现对整个建筑物空间的有效监控。

通过3D扫描技术的应用获得数字模型，然后生成DEM，最后形成虚拟实景场景。该系统在实际的应用过程中，能将各种错综复杂的地形地貌进行实时动态的呈现，还能对城市三维景观进行模拟。为城市的规划工作提供参考。虽然，在目前为止，已经有许多的专家学者参与到研究工作中来，同时也取得了较好的成绩，但大部分的研究成果还处于理论探索阶段，还缺乏实际应用。

现阶段，在建筑物三维动画的制作过程中，通常会应用到3D扫描技术，并且应用成效较好。利用Open GL语言和Arc Engine组件开发平台为前提，采用C#编程语言进行编程，建筑物的二维平面数字影像图达到了自动转换，使其具备建筑物三维空间信息查询与建筑物立体形态绘制等功能，同时摄影测量数据与计算机图形学两者之间能达到及时有效的衔接。采用当前较为成熟的虚拟现实软件包构建起一套可以提供给用户漫游使用的三维虚拟环境系统。系统具备操作简单，功能强大等特点，能从根本上满足用户的实际需求。

4 结语

总的来说，三维激光扫描技术的应用能够全面推进各项工作的开展。在上文分析中详细论述三维激光扫描技术的应用方式。在今后工程测量工作开展时，还需要注重地面三维激光扫描技术的应用方式优化掌握技术应用要点，能够给工程测量工作提供更多的帮助。

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